역사 속 위대한 발견과 발명 이야기를 알아보는 ‘그때 그 발견’ 코너입니다. 지금 이 순간에도 과학기술 분야의 발견과 발명은 계속되고 있는데요. 과거의 이달엔, 어떤 위대한 일이 있었을까요?

‘그때 그 발견’ 코너, 이달의 주인공은 ‘진공관’입니다.

반도체는 현대인의 일상생활 속 다양한 IT 기기부터 자동차까지 폭넓게 사용되고 있는데요. 반도체는 1948년 벨연구소의 존 바딘, 월터 브래튼, 윌리엄 쇼클리가 최초로 트랜지스터를 발명함으로써 현대식 반도체가 본격적으로 등장하기 시작했습니다. 오늘은 트랜지스터의 조상격인 ‘진공관(vacuum tube)’에 대해서 알아볼까요?

‘에디슨 효과’에서 영감을 얻어 탄생한 진공관

진공관은 높은 진공 속에서 금속을 가열할 때 방출되는 전자를 전기장으로 제어하여 정류, 증폭 등의 특성을 얻을 수 있는 유리관입니다.

최초의 진공관은 1904년 11월 영국의 전기공학자 존 앰브로즈 플레밍(John Ambrose Fleming)에 의해 발명되었는데요. 에디슨 조명회사에 컨설턴트로 근무하던 플레밍은 ‘에디슨 효과’에 대해 연구하기 시작했습니다. ‘에디슨 효과’란 1883년 토머스 에디슨(Thomas Edison)이 백열전구 내부에 검은 그을음이 생기는 것에 대해 의문을 가지고 실험하던 중 전류가 전등의 필라멘트와 양전하로 입혀진 금속판 사이의 진공 속으로 흐른다는 것을 발견한 것을 의미합니다.

플레밍은 이를 응용해 진공의 유리공 속에 백열전구와 같은 필라멘트 2개와 금속판 전극을 넣어 최초의 진공관인 2극 진공관을 발명하게 되는데요.

1907년에는 미국의 전기공학자 리 디 포리스트(Lee de Forest)가 2극 진공관에 또 다른 전극을 삽입해 신호의 진폭을 크게 증대시킨 3극 진공관을 만들고, 이후 결점을 보완한 4, 5극 진공관과 여러 목적에 따른 다양한 진공관들이 발명되었습니다.

교류 전파를 직류 전파로 바꿔 수신(정류)할 수 있게 되면서 당시의 진공관은 초기 라디오의 수신기나 텔레비전의 수상기 등 각종 송신기에 사용되었고, 1946년에는 세계 최초의 컴퓨터인 에니악(ENIAC)의 개발에도 적용됩니다.

1948년에 트랜지스터가 발명되면서 진공관보다 작은 부피, 빠른 속도, 적은 소비전력량으로 그 자리를 대체했지만, 여전히 진공관은 고급 오디오, 텔레비전 또는 컴퓨터 영상을 보이기 위한 음극선관 등의 용도에 사용되고 있습니다.

진공관의 발명을 통해 우리는 전기를 동력이 아닌 정보 전달 측면에서 활용하게 되었는데요. 백열전구 실험에서의 우연한 발견이 통신기술 발전의 일등 공신 ‘진공관’을 탄생시켰다는 점이 흥미롭습니다. 다음 시간에도 계속될 ‘그때 그 발견’ 많이 기대해주세요.

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역사 속 발견과 발명 이야기를 찾아가는 ‘그때 그 발견’입니다. 과학기술 분야에선 매 순간 놀라운 발견과 발명이 일어나고 있는데요. 과연 역사 속 이달엔 어떤 위대한 일이 있었을까요? 이달의 주인공은 현대 전자문명의 서막을 연 ‘트랜지스터(Transistor)’입니다.

우리는 요즘 전자공학의 산물인 각종 가전제품에 둘러싸여 하루의 시작과 끝을 보내고 있습니다. 때문에 휴대폰, 컴퓨터, 텔레비전이 없는 세상은 상상하기 어려운데요. 이들 기기에 필수적인 부품인 전자 칩, 전자회로가 발명됐기 때문에 지금의 삶이 가능해졌답니다.

진공관을 넘어선 획기적인 발명품

20세기를 대표하는 획기적인 발명품 중 하나인 트랜지스터. 전자공학의 전과 후는 트랜지스터의 존재 이전과 이후로 나뉠 만큼 ‘혁신’ 그 자체의 아이콘으로 불리는데요. 1948년 미국 벨연구소에서는 ‘존 바딘, 월터 브래튼, 윌리엄 쇼클리’에 의해 트랜지스터가 발명되었습니다. 이 세기의 발명품은 어떻게 탄생하게 되었을까요?

2차 세계대전이 끝난 1945년 직후엔, 당시 전자기기의 핵심 부품이자 전자산업의 원동력이었던 ‘진공관(vacuum tube)’을 대체할 만한 전자 증폭기의 개발이 학계의 큰 화두였습니다.

큰 부피와 엄청난 전력 소모, 짧은 수명 등 진공관의 단점이 컸기 때문인데요. 당시 미국 최대의 통신회사 AT&T(American Telephone & Telegraph)의 벨 연구소에서는 통신 시스템 발전을 위해 진공관의 여러 가지 문제들을 극복하고 신호를 증폭할 수 있는 기술 개발에 매진했습니다.

잘 아시다시피 초기 통화 서비스는 교환원을 통해 운영됐지만 인건비 문제로 인해 자동식 교환기를 도입했는데요. 점점 통화량은 늘어가는데 교환기의 고장, 잦은 통화 단절 현상이 심해져 이 문제를 획기적으로 줄일 본격적인 연구를 시작했는데, 그것이 곧 트랜지스터가 만들어지게 된 배경이 되었습니다.

벨 연구소에서는 다양한 인력으로 팀을 구성해 연구를 추진했고, 그들 중 이론물리학자인 쇼클리와 바딘, 실험물리학자인 브래튼 이 세 명의 과학자가 반도체도 진공관처럼 전기신호를 증폭할 수 있다는 사실을 밝혀내는 데 성공하게 됩니다.

마법의 돌, 트랜지스터의 발명 그 이후

이후 트랜지스터는 진공관을 대체하며 전자제품의 핵심 부품으로 자리 잡게 되었고, 복잡한 회로의 소형화를 가능하게 해 상업용 컴퓨터 등 전자기기의 대중화에도 크게 공헌했습니다.

기계 시대에서 전기 신호로의 전환, 전자공학 시대를 열어준 트랜지스터. 전자 혁명의 기초를 마련한 핵심 소자지만 처음 발명됐을 당시 그 진가를 알아본 사람은 드물었는데요. 점차 트랜지스터의 진가가 알려지면서 진공관 기술은 사라지고 이 작은 소자를 통해 라디오, 텔레비전, 컴퓨터 등 전자기기의 혁신을 가져왔습니다.

트랜지스터를 발명한 과학자들은 1956년 노벨물리학상을 공동 수상하고 그 업적을 인정받게 되었습니다. 그중 한 명인 월터 브래튼은 “연구는 항상 발전하는 것이므로 트랜지스터 다음에 어떤 새로운 전자 물질이 나올지 예측하는 것은 불가능하다. 내가 트랜지스터를 발명하기 하루 전에도 이를 예측하지 못했었다”고 말하기도 했는데요. 오늘 이 시간에도 세상을 바꿀 새로운 발명이 이루어지길 기대합니다!

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그 첫 번째로 2월에 있었던 발명을 찾아가 보겠습니다. 이야기의 주인공은 우리 생활을 이롭게 하는 모든 컴퓨터 기술의 근본이 된 최초의 전자식 진공관 컴퓨터 ‘에니악(ENIAC)’입니다.

■ 최초의 전자식 진공관 컴퓨터, 에니악(ENIAC)

지금으로부터 71년 전인 1946년 2월, 최초의 전자식 진공관 컴퓨터 에니악(ENIAC: Electronic Numerical Integrator and Calculator)이 탄생했습니다. 보다 정확하게 말하자면 에니악는 최초로 재프로그래밍(프로그램을 지우고 새로운 프로그램을 다시 만드는 작업)이 가능한 전자식 계산기였습니다.

미국 펜실베이니아 대학의 J. P. 에커트와 J. W. 모클리가 미군 탄도연구소의 의뢰로 3년 여의 연구 끝에 선보인 에니악은 일반인이 손으로 계산하는 것보다 20만 배나 빠른 초당 5000번의 연산을 할 수 있었습니다. 이전의 전기식 계산기 ‘MARK 1’이 초당 3번 연산을 할 수 있던 것에 비하면 놀라운 발전이었죠.

1만 7000개 이상의 진공관과 7만 개 이상의 저항기로 구성된 에니악은 총 무게가 약 30톤에 달할 정도로 거대한 몸집을 자랑했는데요. 소비전력도 150KW나 되어 한번 가동하면 필라델피아 시내의 전등이 모두 깜빡거릴 정도였다고 합니다.

지금의 컴퓨터와 달리 입력장치나 기억장치가 없었고, 배전반을 연결해 연산을 했기 때문에 한 연산을 마치고 다른 연산을 하려면 배선을 바꿔야 하는 번거로움이 있었습니다.

에니악은 미군 탄도연구소에 설치된 후 군사 프로젝트 개발을 위한 연산에 활용되었으며, 2차 대전이 끝난 후에는 일기예보 등에 이용되었습니다. 현재는 워싱턴의 스미스소니언 박물관에 보존되고 있습니다.

지금 컴퓨터 기술에 비하면 턱없이 부족한 성능이지만, 에니악이 후대의 기술 발전에 끼친 영향은 무궁무진한데요. 에니악과 같은 놀라운 발명이 오늘날에도 이어지길 기대해봅니다.

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